EP0413072A1 - Procédé de protection du béton contre les effets du gel et du dégel - Google Patents

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EP0413072A1
EP0413072A1 EP19890440085 EP89440085A EP0413072A1 EP 0413072 A1 EP0413072 A1 EP 0413072A1 EP 19890440085 EP19890440085 EP 19890440085 EP 89440085 A EP89440085 A EP 89440085A EP 0413072 A1 EP0413072 A1 EP 0413072A1
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rubber powder
powder
thawing
air
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Philippe Antoine
Dany Vincent
Gilles Moriconi
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Pieri SA
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Pieri SA
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B16/00—Use of organic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of organic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B16/04—Macromolecular compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00—Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/76—Use at unusual temperatures, e.g. sub-zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to a method of protecting concrete against the effects of freezing and thawing.
  • De-icing salts generally sodium or calcium chloride, aggravate these phenomena by allowing the melting of the ice, the energy necessary for this melting being taken from the ambient environment and causing a drop in the temperature of the supports. The brutality and the amplitude of the temperature variations which they cause thus accentuate the phenomena of deterioration of the concrete.
  • the best consists in including in the concrete, during its manufacture, a certain proportion of air in the form of microbubbles, this air being provided by surfactants which produce, under the effect of mixing. concrete, lots of little bubbles.
  • the surfactants used in this type of process are generally lignosulfonates or sodium abietate.
  • microbubbles would form, after setting of the cement which constitutes part of the concrete, spherical microcavities which would play the role of damping of expansion or of expansion vessel vis -with respect to the phenomena of contract or expansion of concrete caused by temperature variations.
  • the optimum proportion of air to be included in the concrete is usually 3 to 6%, which can range up to 8 to 9% for concretes containing an aggregate of small dimensions (diameter less than 10 mm). Too high a proportion of air produces an effect opposite to that intended, the concrete too rich in air becoming porous, with the consequence of a significant reduction in its compactness and therefore in its mechanical resistance.
  • the optimum proportion of air can also be defined only after field test in real conditions, the ambient temperature, the water content, the size range, the nature of the cement, the mixing and the compaction method influencing in significant proportions on the result obtained.
  • air microbubbles must have a diameter between 10 and 100 microns to be effective. Compliance with this condition requires a microscopic study that can be carried out only on hardened concrete, that is to say on a structure. already done.
  • the object of the present invention is to remedy these various drawbacks by proposing a method of protecting concrete against freezing and thawing, the implementation of which is easy and independent, in particular of meteorological conditions and of the composition of the concrete.
  • the present invention thus relates to a process for protecting concrete against freezing and thawing, this process consisting in incorporating into the concrete, during its manufacture, a certain proportion of rubber powder.
  • the rubber powder used in the process according to the invention advantageously has a particle size between 0 and 1 mm, and preferably between 0 and 500 microns, with a distribution of at least 70% between 50 and 250 microns.
  • the rubber powder is used at a rate of 3 to 30 kg, and preferably 5 to 20 kg, per cubic meter of concrete, being incorporated into the latter during its manufacture, in a mixer. or a concrete mixer.
  • the rubber powder used in the process according to the invention can be a natural or synthetic rubber powder which can contain mineral or organic fillers. It can thus consist of the powder obtained by grinding used tires, and more especially, for reasons of purity, of their tread or treads, and commonly called "rubber crumb”.
  • the rubber powder can be combined with all the conventional admixtures of concrete, such as setting accelerators, setting retarders, fluidizers, plasticizers, etc., as well as specific additives such as silica smoke, plastic fibers, fly ash, metakaolin, pigments, etc.
  • the method according to the invention has the advantage of being easy to implement, the metering of the rubber powder being safe, precise and constant, and the additional advantage of not being influenced by weather conditions. presiding over the manufacture of concrete, no more than by the composition of the latter.
  • the concrete obtained by the process according to the invention also has the advantage, already expressed, of having a remarkable resistance to freezing and thawing, and this without appreciable modification of its mechanical properties. It also offers the advantage of not being toxic.
  • test is carried out on series of concrete slabs after hardening for 28 days at 20 ° C and 50% relative humidity, on the mold bottom face and on the back face. All the faces of each slab, except the upper face, are sealed using commercial silicone sealant. A peripheral bead of silicone sealant is placed on the upper face, forming a retention basin of approximately 0.7 mm in height.
  • This example relates to the modifications of mechanical resistance of a concrete according to its content of occluded air or rubber powder.
  • Concrete 1 from Example 1 is used as control concrete (B.T.) and its compressive strength is compared with that of concretes of the same composition containing occluded air or rubber crumb with a particle size of 0-500 microns.
  • This example relates to the association of the rubber crumb with synthetic fibers, in this case polypropylene fibers marketed under the name “FIBERMESH” 19 mm ", which make it possible to eliminate the welded anti-cracking lattice generally used in pavement pavements.
  • the concrete thus composed is poured full mass over a thickness of 20 cm, put in place by needle vibration, then adjusted and floated.
  • This example relates to the association of rubber crumb with silica smoke, this association being implemented to produce precast concrete blocks intended to be placed at the edge of motorways or in the mountains.
  • This concrete is placed by pervibration in molds and left for 48 hours at 20 ° C before demolding.
  • the rubber crumb gives it its frost resistance and the fluidity its compactness, thanks to the reduction in water that it allows.

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Abstract

Procédé de protection du béton contre les effets du gel et du dégel. Ce procédé consiste à incorporer au béton, au cours de sa fabrication, de la poudre de caoutchouc de granulométrie inférieure à 1 mm, à raison de 3 à 30 kg de ladite poudre par mètre cube de béton.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de protection du béton contre les effets du gel et du dégel.
  • On sait que le béton est sensible à l'action du gel et/ou du dégel, qui provoquent des phénomènes de contraction, ou inversement de dilatation, conduisant à une détérioration de ses caractéristiques mécaniques, dont le gonflement et l'effritement en surface sont les manifestations les plus spectaculaires.
  • Les sels de déverglaçage, généralement du chlorure de sodium ou de calcium, aggravent ces phénomènes en permettant la fusion de la glace, l'énergie nécessaire à cette fusion étant prise au milieu ambiant et entraînant une baisse de température des supports. La brutalité et l'amplitude des variations de température qu'ils provoquent accentuent ainsi les phénomènes de détérioration du béton.
  • Les conséquences de cette détérioration peuvent être dramatiques lorsque la perte de cohésion du béton et son effritement atteignent un point tel que la protection de ses armatures internes n'est plus assurée.
  • Le problème se posait donc de mettre au point un procédé qui permette de rendre le béton insensible à l'action du gel et du dégel.
  • Parmi les solutions proposées à ce problème, la meilleure consiste à inclure dans le béton, au cours de sa fabrication, une certaine proportion d'air sous forme de microbulles, cet air étant apporté par des tensioactifs qui produisent, sous l'effet du malaxage du béton, de très nombreuses petites bulles. Les tensioactifs utilisés dans ce type de procédé sont généralement des lignosulfonates ou de l'abiétate de sodium.
  • Le principe d'action de ces microbulles d'air est supposé être le suivant : les microbulles formeraient, après prise du ciment qui constitue partie du béton, des microcavités sphériques qui joueraient le rôle d'amortisseur de dilatation ou de vase d'expansion vis-à-vis des phénomènes de contractation ou de dilatation du béton provoqués par les variations de température.
  • Toutefois ce procédé est difficile et délicat à mettre en oeuvre : en effet la proportion optimum d'air à inclure dans le béton est habituellement de 3 à 6 %, pouvant aller jusqu'à 8 à 9 % pour des bétons renfermant un granulat de petites dimensions (diamètre inférieur à 10 mm). Une trop forte proportion d'air produit un effet contraire à celui visé, le béton trop riche en air devenant poreux, avec pour conséquence une diminution importante de sa compacité et donc de sa résistance mécanique.
  • La proportion optimum d'air ne peut être en outre définie qu'après essai sur chantier en conditions réelles, la température ambiante, la teneur en eau, le fuseau granulométrique, la nature du ciment, le malaxage et la méthode de compactage influant dans des proportions importantes sur le résultat obtenu.
  • Par ailleurs, les microbulles d'air doivent avoir un diamètre compris entre 10 et 100 microns pour être efficaces. Le respect de cette condition nécessite une étude microscopique réalisable seulement sur béton durci, c'est-à-dire sur ouvrage déjà réalisé.
  • La présente invention a pour but de remédier à ces divers inconvénients en proposant un procédé de protection du béton contre le gel et le dégel dont la mise en oeuvre est facile et indépendante notamment des conditions météorologiques et de la composition du béton.
  • La présente invention a ainsi pour objet un procédé de protection du béton contre le gel et le dégel, ce procédé consistant à incorporer au béton, au cours de sa fabrication, une certaine proportion de poudre de caoutchouc.
  • Les essais réalisés en vue de mettre au point l'invention ont en effet mis en évidence que les grains d'une poudre de caoutchouc ont un effet d'amortissement vis-à-vis des phénomènes de dilatation ou de contraction du béton, conférant à ce dernier une remarquable résistance mécanique au gel et au dégel.
  • La poudre de caoutchouc mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention présente avantageusement une granulométrie comprise entre 0 et 1 mm, et de préférence entre 0 et 500 microns, avec une répartition d'au moins 70 % entre 50 et 250 microns.
  • Conformément à l'invention, la poudre de caoutchouc est mise en oeuvre à raison de 3 à 30 kg, et de préférence 5 à 20 kg, par mètre cube de béton, étant incorporée à ce dernier au cours de sa fabrication, dans un malaxeur ou une bétonnière.
  • La poudre de caoutchouc mise en oeuvre dans le procédé selon l'invention peut être une poudre de caoutchouc naturel ou synthétique pouvant renfermer des charges minérales ou organiques. Elle peut ainsi consister en la poudre obtenue par broyage de pneumatiques usagés, et plus spécialement, pour des raisons de pureté, de leurs chapes ou bandes de roulement, et appelée communément "poudrette de caoutchouc".
  • La poudre de caoutchouc peut être associée à tous les adjuvants classiques du béton, tels qu'accélérateurs de prise, retardateurs de prise, fluidifiants, plastifiants, etc..., ainsi qu'aux adjuvants spécifiques tels que fumée de silice, fibres plastiques, cendres volantes, métakaolin, pigments, etc...
  • Le procédé selon l'invention présente l'avantage d'être d'une mise en oeuvre facile, le dosage de la poudre de caoutchouc étant sûr, précis et constant, et l'avantage supplémentaire de n'être pas influencé par les conditions météorologiques présidant à la fabrication du béton, non plus que par la composition de ce dernier.
  • Le béton obtenu par le procédé selon l'invention présente en outre l'avantage, déjà exprimé, de posséder une remarquable résistance au gel et au dégel, et ce sans modification sensible de ses propriétés mécaniques. Il offre de surcroît l'avantage de ne pas présenter de toxicité.
  • D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture des exemples qui suivent et qui sont fournis à titre d'illustration de l'invention, vis-à-­vis de laquelle ils ne présentent aucun caractère limitatif.
    • Exemple 1.
  • Cet exemple illustre les différences de résistance au gel/dégel de bétons qui renferment ou non des bulles d'air ou de la poudrette de caoutchouc, et dont les compositions sont indiquées dans le tableau ci-après, les quantités étant exprimées en kg sauf indication contraire.
    COMPOSITION Béton 1 Béton 2 Béton 3
    Sable silico calcaire 0/5 740 740 740
    Sable silico calcaire 5/8 130 130 130
    Sable silico calcaire 8/12 370 370 370
    Sable silico calcaire 12/20 650 650 650
    Ciment CPA gris 330 330 330
    Eau 165 l 165 l 165 l
    Entraîneur d'air 0 33 g 0
    Poudrette 0-500 microns 0 0 10
  • Le test est mené sur des séries de dalles de béton après durcissement pendant 28 jours à 20°C et 50 % d'humidité relative, sur face fond de moule et sur face arrière. Toutes les faces de chaque dalle, sauf la face supérieure, sont étanchées à l'aide de mastic silicone du commerce. Un cordon périphérique de mastic silicone est disposé sur la face supérieure, formant une cuvette de rétention d'environ 0,7 mm de hauteur.
  • On place dans cette cuvette de rétention une solution saline de 3 % de chlorure de sodium dans de l'eau de ville et on soumet la dalle à ces cycles successifs de gel/dégel en mainte­nant sa température à -25°C pendant 14 heures, puis à +25°C pen­dant 10 heures (HR 50-60 %), et on observe l'évolution des sur­faces. Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-après.
    Faces avant Faces arrière
    Béton 1 Effritement total à 4 cycles Effritement total à 11 cycles
    Béton 2 Effritement total à 8 cycles Peu d'effritement à 18 cycles
    Béton 3 Effritement total à 12 cycles Très peu d'effritement à 18 cycles.
  • Ce test met bien en évidence la résistance supérieure au gel/dégel du béton selon l'invention, comparé aux bétons courants et aux bétons renfermant des bulles d'air.
    • Exemple 2.
  • Cet exemple a trait aux modifications de résistance mécanique d'un béton en fonction de sa teneur en air occlus ou en poudre de caoutchouc.
  • On prend comme béton témoin (B.T.) le béton 1 de l'exemple 1 et on compare sa résistance à la compression avec celle de bétons de même composition renfermant de l'air occlus ou de la poudrette de caoutchouc de granulométrie 0-500 microns.
  • Les mesures sont effectuées après conservation de 14 jours à 20°C (HR 100 %). Les résultats obtenus sont les suivants :
    Béton témoin (B.T.)... 100
    B.T. + 4 % air occlus... 95,3
    B.T. + 6,5 % air occlus... 83
    B.T. + 10 kg/m³ poudrette... 94
    B.T. + 20 kg/m³ poudrette... 88
    B.T. + 30 kg/m³ poudrette... 80.
  • On constate qu'à la dose d'emploi recommandée, soit 10 kg/m³ environ, la perte de résistance du béton renfermant de la poudre de caoutchouc est de 6 % seulement contre 5 à 17 % pour un air occlus de 4 à 6,5 %.
    • Exemple 3.
  • Cet exemple a trait à l'association de la poudrette de caoutchouc avec des fibres synthétiques, en l'occurrence des fibres de polypropylène commercialisées sous la dénomination "FIBERMESH" 19 mm", qui permettent de supprimer le treillis soudé antifissuration généralement mis en oeuvre dans des dallages de chaussées.
  • On réalise un dallage coulé en place sur fond de forme compacté avec un béton de la composition suivante :
    Porphyre 10/14 concassé... 1200 kg
    Sable silico calcaire 0/5... 600 kg
    Ciment CPA gris 55 R... 330 kg
    Eau... 165 l
    Poudrette... 15 kg/m³
    Fibres de polypropylène... 900 g,
    l'association poudrette-fibres étant introduite dans le camion toupie lors du déversement du béton.
  • Le béton ainsi composé est coulé pleine masse sur 20 cm d'épaisseur, mis en place par vibration à l'aiguille puis réglé et taloché.
  • On constate que l'addition de poudrette et de fibres ne mofifie pas sensiblement les caractéristiques de résistance du béton, ni ses caractéristiques pratiques (maniabilité, consistance, vitesse de durcissement).
    • Exemple 4.
  • Cet exemple a trait à l'association de la poudrette de caoutchouc avec la fumée de silice, cette association étant mise en oeuvre pour réaliser des blocs de béton préfabriqués destinés à être placés en bordure d'autoroutes ou en montagne.
  • On réalise le béton de composition suivante :
    Sable siliceux 12/20... 900 kg.
    Sable siliceux 8/12... 400 kg.
    Sable siliceux 0/5... 500 kg.
    Ciment CPA 55 gris... 350 kg.
    Fluidifiant poudre... 2 kg.
    Eau... 140 l.
    Poudrette 0-500 microns... 12 kg.
    Fumée de silice... 28 kg.
  • Ce béton est mis en place par pervibration dans des moules et on le laisse 48 heures à 20°C avant démoulage.
  • Après durcissement de 28 jours à 20°C et 100% d'humidité relative, sa résistance mécanique s'avère être supérieure de 40 % à celle d'un béton ne renfermant ni fumée de silice, ni poudrette de caoutchouc, ni fluidifiant.
  • La poudrette de caoutchouc lui confère sa résistance au gel et le fluidifiant sa compacité, grâce à la réduction d'eau qu'il autorise.

Claims (8)

1) Procédé de protection du béton contre les effets du gel et du dégel, caractérisé en ce qu'il consiste à incorporer au béton, au cours de sa fabrication, de la poudre de caoutchouc de granulométrie inférieure à 1 mm, à raison de 3 à 30 kg de ladite poudre par mètre cube de béton.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc mise en oeuvre est une poudre de caoutchouc naturel ou synthétique, renfermant ou non des charges minérales ou organiques.
3) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc mise en oeuvre a une granulométrie inférieure ou égale à 500 microns.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc est mise en oeuvre à raison de 5 à 20 kg par m³ de béton.
5) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc est associée aux additifs couramment utilisés dans les bétons.
6) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc est associée à des fibres synthétiques.
7) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la poudre de caoutchouc est associée à de la fumée de silice.
8) A titre de produit industriel nouveau, le béton obtenu selon le procédé qui fait l'objet des revendications 1 à 7.
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